JPH0521846A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子

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JPH0521846A
JPH0521846A JP20130691A JP20130691A JPH0521846A JP H0521846 A JPH0521846 A JP H0521846A JP 20130691 A JP20130691 A JP 20130691A JP 20130691 A JP20130691 A JP 20130691A JP H0521846 A JPH0521846 A JP H0521846A
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真人 田牧
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正宏 小滝
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 GaN 系の化合物半導体の発光ダイオードの
青色の発光領域の部位における発光ムラをなくし、その
発光強度を向上させること。 【構成】 発光ダイオード10は同一面側にi層5の電
極7と高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8とを有し、i層
5の電極7の周囲で電極間距離がほぼ等しくなるように
高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8が形成されている。こ
れにより、発光ダイオード10の電極間を流れる電流を
発光領域の部位に拘わらずほぼ同じとすることができ
る。従って、発光ダイオード10の青色の発光領域にお
ける発光ムラをなくすことができると共に発光強度を向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのG
aN 系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効
率が高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色と
すること等から注目されている。このようなGaN 系の
化合物半導体を用いた発光ダイオードは、サファイヤ基
板上に直接又は窒化アルミニウムから成るバッファ層を
介在させて、n導電型のGaN 系の化合物半導体から成
るn層を成長させ、そのn層の上にp型不純物を添加し
てi型のGaN 系の化合物半導体から成るi層を成長さ
せた構造をとっている(特開昭62−119196号公
報、特開昭63−188977号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図7に示すよ
うに、発光ダイオード60のi層の電極67はi層上に
直接、又、n層の電極68はi層の一部に設けられた孔
内を利用してAl などの金属をそれぞれ蒸着して形成さ
れている。この発光ダイオード60の発光強度を向上さ
せるには、その発光領域がi層の電極67の上部及びそ
の近傍に位置していることから、i層の電極67の電極
面積をなるべく大きくすれば良いことが知られている。
ところで、上述の理由により発光ダイオード60のi層
の電極67の電極面積が大きく取られるため、i層の電
極67とn層の電極68との電極間距離が発光領域の部
位により大きく違ってしまうことになる。そして、発光
ダイオード60の電極67,68は、はんだバンプを介
してリードフレーム70のリード部材71,72などに
ボンディングされ接合されている。すると、上記リード
フレーム70のリード部材71,72にて発光ダイオー
ド60に供給される電流は、i層の電極67とn層の電
極68との電極間距離が近い抵抗の少ない部分をより多
く流れることになる。従って、発光ダイオード60は発
光領域において発光ムラが生じることになる。このよう
な発光ダイオード60の発光状態においては、i層の電
極67の電極面積を大きく形成したにも拘わらず余り発
光強度が向上しないという問題があった。
【0004】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、GaN 系
の化合物半導体の発光ダイオードの青色の発光領域の部
位における発光ムラをなくし、その発光強度を向上させ
ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体
(AlXGa1-XN;X=0を含む)から成るn層と、p型
不純物を添加したi型の窒化ガリウム系化合物半導体
(AlXGa1-XN;X=0を含む)から成るi層とを有す
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、同一
面側に前記n層の電極と前記i層の電極とを有し、一方
の電極の周囲に他方の電極を形成したことを特徴とす
る。
【0006】
【作用及び効果】同一面側にn層の電極とi層の電極と
を有し、一方の電極の周囲に他方の電極が形成される。
これにより、発光ダイオードの青色の発光領域における
発光ムラをなくすことができた。即ち、発光ダイオード
のn層の電極とi層の電極との電極間距離をほぼ等しく
できるため、それら電極間に流れる電流を発光領域の部
位に拘わらずほぼ同じとすることができる。この作用に
より、発光ダイオードは青色の発光強度が向上した。
【0007】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係る発光ダイオード10を示
し、図1(a) は縦断面図、図1(b) は電極側から見た平
面図である。図1(a) において、発光ダイオード10
は、サファイヤ基板1を有しており、そのサファイヤ基
板1に 500ÅのAlN のバッファ層2が形成されてい
る。そのバッファ層2の下には、順に、膜厚 2.2μm の
GaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3と膜厚 1.5μm
のGaN から成る低キャリヤ濃度n層4が形成されてお
り、更に、低キャリヤ濃度n層4の下に膜厚 0.1μm の
GaN から成るi層5が形成されている。そして、i層
5の中央部に接続するアルミニウムから成る電極7が形
成されている。又、図1(b) に示すように、電極7の周
囲で電極間距離をほぼ等しくして高キャリヤ濃度n+
3に側面から接続するアルミニウムから成る電極8が形
成されている。
【0008】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造工程について、図2、図3及び図4を参照して説明す
る。上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成
長法( 以下、MOVPEと記す)による気相成長により
製造された。用いられたガスは、NH3 とキャリヤガス
2 とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下、TM
Gと記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
(以下、TMAと記す)とシラン(SiH4)とジエチル
亜鉛(以下、DEZと記す)である。先ず、有機洗浄及
び熱処理により洗浄したa面を主面とする単結晶のサフ
ァイヤ基板1をMOVPE装置の反応室に載置されたサ
セプタに装着する。次に、常圧でH2 を流速2 l/分で
反応室に流しながら温度1100℃でサファイヤ基板1を気
相エッチングした。次に、温度を 400℃まで低下させ
て、H2 を20 l/分、NH3を10 l/分、TMAを 1.8
×10-5モル/分で供給して 500Åの厚さのAlN から成
るバッファ層2を形成した。次に、サファイヤ基板1の
温度を1150℃に保持し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l
/分、TMGを 1.7×10-4モル/分、H2 で0.86ppm ま
で希釈したシラン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分
間供給し、膜厚 2.2μm 、キャリヤ濃度 1.5×1018/cm
3 のGaN から成る高キャリヤ濃度n+ 層3を形成し
た。続いて、サファイヤ基板1の温度を1150℃に保持
し、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TMGを1.7
×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚 1.5μm、
キャリヤ濃度 1×1015/cm3 のGaN から成る低キャリ
ヤ濃度n層4を形成した。次に、サファイヤ基板1を 9
00℃にして、H2 を20 l/分、NH3 を10 l/分、TM
Gを 1.7×10-4モル/分、DEZを 1.5×10-4モル/分
の割合で1分間供給して、膜厚 0.1μmのGaN から成
るi層5を形成した。このようにして、図2(a) に示す
ような多層構造が得られた。次に、図2(b) に示すよう
に、図2(a) の多層構造のウェーハに対して太い刃物
(例えば、 250μm 厚)を用いたダイシングによりi層
5から低キャリヤ濃度n層4、高キャリヤ濃度n+
3、バッファ層2、サファイヤ基板1の上面一部まで格
子状に所謂ハーフカットにて切り込みを入れる。次に、
図2(c) に示すように、試料の上全面及び側面(垂直
面)に、試料の回転を伴うアルミニウムの蒸着によりA
l 層11を 0.3μm の厚さに形成した。そして、そのA
l 層11の上にフォトレジスト12を塗布して、フォト
リソグラフィにより、そのフォトレジスト12が高キャ
リヤ濃度n+ 層3及びi層5に対する電極部が残るよう
に、所定形状にパターン形成した。
【0009】次に、図3(d) に示すように、フォトレジ
スト12をマスクとして下層のAl層11の露出部を硝
酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト12
をアセトンで除去し、i層5の電極7を形成した。尚、
図4は、この工程完了状態におけるウェーハを上から見
た平面図を示す。次に、図3(e) に示すように、細い刃
物(例えば、 150μm 厚)を用いたダイシングによりA
l 層11が蒸着されたサファイヤ基板1を切り離して個
片とし、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8を形成した。
このようにして、図1に示すMIS(Metal Insulat
or Semiconductor)構造の窒化ガリウム系発光素子を
製造することができる。
【0010】そして、発光ダイオード10は電極7,8
に形成されたはんだバンプを介して、図5に示すよう
に、リードフレーム20のリード部材21,22に接合
される。すると、i層5の電極7はその周囲に形成され
た高キャリヤ濃度n+ 層3の電極8との電極間距離がほ
ぼ等しいことになる。即ち、発光ダイオード10の電極
間を流れる電流を発光領域の部位に拘わらずほぼ同じと
することができる。従って、発光ダイオード10の青色
の発光領域における発光ムラをなくすことができると共
に発光強度を向上させることができた。又、本実施例の
発光ダイオード10においては、高キャリヤ濃度n+
3に接続するようにアルミニウムにて側面を覆って電極
8が形成されている。このため、i層の電極7の上部及
びその近傍に位置している発光領域から側面側に逃げよ
うとする光が上方に反射されることになり、更に、発光
ダイオード10の発光強度が向上される。
【0011】図6は本発明に係る他の実施例である発光
ダイオード30を示し、図6(a) は縦断面図、図6(b)
は電極側から見た平面図である。尚、上述の発光ダイオ
ード10と同じ層構造から成るものについては同じ符号
を付してその説明を省略する。この発光ダイオード30
においては、上述の図2(a) に示す多層構造のウェーハ
に対して、i層5とその下の低キャリヤ濃度n層4と高
キャリヤ濃度n+ 層3の上面の一部をドライエッチング
して孔を形成し、その試料の上全面に蒸着によりAl 層
を形成した。そして、Al 層をエッチングして高キャリ
ヤ濃度n+ 層3の電極38、i層5の電極37を形成し
た。すると、図6(b) に示すように、高キャリヤ濃度n
+ 層3の電極38はその周囲に形成されたi層5の電極
37との電極間距離がほぼ等しいことになる。即ち、発
光ダイオード30の電極間を流れる電流を発光領域の部
位に拘わらずほぼ同じとすることができる。従って、発
光ダイオード30の青色の発光領域における発光ムラを
なくすことができると共に発光強度を向上させることが
できた。又、上述の発光ダイオード30の電極配置とは
反対に、i層5の電極をi層5の中央部にできるだけ広
範囲に形成し、その周囲に上述と同様にドライエッチン
グして高キャリヤ濃度n+ 層3まで到達するような溝を
形成し、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極を形成する。こ
の時、高キャリヤ濃度n+ 層3の電極とi層5の電極と
の電極間距離をほぼ等しくする。すると、この発光ダイ
オードにおいても電極間を流れる電流を発光領域の部位
に拘わらずほぼ同じとすることができ、同様の効果が得
られることになる。尚、この発光ダイオードにおける発
光領域は、i層5の電極の上部及びその近傍である中央
部分となり、上述の発光ダイオード30では周囲部分で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドを示した構成図である。
【図2】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した縦断面図である。
【図3】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程を示
した図2に続く縦断面図である。
【図4】同実施例に係る発光ダイオードの製造工程の途
中におけるウェーハの状態を示した平面図である。
【図5】同実施例に係る発光ダイオードとリードフレー
ムとの接合状態を示した部分縦断面図である。
【図6】本発明に係る発光ダイオードの他の実施例を示
した構成図である。
【図7】従来の発光ダイオードとリードフレームとの接
合状態を示した部分縦断面図である。
【符号の説明】
1−サファイヤ基板 2−バッファ層 3−高キャ
リヤ濃度n+ 層 4−低キャリヤ濃度n層 5−i層 7,8−電極 10−発光ダイオード

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 n型の窒化ガリウム系化合物半導体(A
    lXGa1-XN;X=0を含む)から成るn層と、p型不純
    物を添加したi型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlX
    Ga1-XN;X=0を含む)から成るi層とを有する窒化
    ガリウム系化合物半導体発光素子において、 同一面側に前記n層の電極と前記i層の電極とを有し、
    一方の電極の周囲に他方の電極を形成したことを特徴と
    する半導体発光素子。
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